有难度的是信号重建部分。最容易想到的方法是用DDS、PLL频率合成器、或单片机直接产生一个重建信号。但是这个方法的一个致命缺陷是由于原始信号与重建信号之间的基准频率存在不可避免的误差,所以重建信号的频率与原始信号频率不完全相同。题目要求“稳定同频显示”,而按照上述方法重建的信号在显示时会有缓慢的漂移现象。
要做到完全的频率同步就避不开锁相环同步电路。具体地说还有几种不同的解决方案。
第一个方案是将程控滤波器与锁相环结合,其结构框图如下(图中只画出一路信号,实际电路中有相同的两路)。
此方案中的锁相环可采用经典的PFD鉴相器的集成锁相环电路,例如74HC4046。方案中第一个程控滤波器的作用是获得输入信号中的基频信号,整形后产生矩形波作为锁相环的输入参考频率。由于此信号的波形并无很严格的要求,只要采用陷波器(notch)电路将不需要的那个频率稍作衰减即可,所以此滤波器的设计与制作较为简单。
下图是一个滤波的例子。其中红色波形是两个相同幅度正弦信号的叠加,C=Asin(3ωt)+Bsin(5ωt+φ),蓝色波形是将B信号陷波衰减10dB后的叠加结果,黑色波形是将A信号陷波衰减10dB后的结果。显然,滤波后的信号再经过一个滞回比较器,得到的矩形波的平均频率就是需要的参考频率。尽管此信号的瞬时相位有较大的抖动,但是锁相环具有很好的相位平均作用,所以锁相环的输出频率将严格与原始信号同步。
锁相环的输出为方波信号,经过积分后成为三角波信号,再经过低通滤波器就成为正弦波信号。低通滤波器的截止频率应该根据输出频率改变。由于三角波的幅度受频率影响较大,可以考虑将频率分段,然后根据输出信号频率切换积分电路的积分电阻或积分电容。
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